Aplikácia kvantovej technológie mikrovlnnej fotoniky

Aplikácia kvantovéhoTechnológia mikrovlnnej fotoniky

Detekcia signálu
Jednou z najsľubnejších aplikácií technológie kvantovej mikrovlnnej fotoniky je detekcia extrémne slabých signálov mikrovlnnej rúry/RF. Využívaním detekcie jednej fotónu sú tieto systémy oveľa citlivejšie ako tradičné metódy. Napríklad vedci preukázali kvantový mikrovlnný fotonický systém, ktorý dokáže zistiť signály až -112,8 dBm bez akejkoľvek elektronickej amplifikácie. Táto ultra vysoká citlivosť je ideálna pre aplikácie, ako je hlboká vesmírna komunikácia.

Mikrovlnná fotonikaspracovanie signálu
Kvantová mikrovlnná fotonika tiež implementuje funkcie spracovania signálu s vysokou šírkou šírky, ako je posun fázy a filtrovanie. Použitím disperzného optického prvku a úpravou vlnovej dĺžky svetla vedci preukázali skutočnosť, že fáza RF sa posúva až do 8 RF filtrovania RF až 8 GHz. Dôležité je, že všetky tieto vlastnosti sa dosahujú pomocou elektroniky 3 GHz, čo ukazuje, že výkon presahuje tradičné limity šírky pásma

Mapovanie nelokálnej frekvencie do času
Jednou z zaujímavých schopností spôsobených kvantovým zapletením je mapovanie lokálnej frekvencie do času. Táto technika dokáže zmapovať spektrum zdroja s jedným fotónom s kontinuálnou vlnou do časovej domény na vzdialenom mieste. Systém používa páry zapletených fotónov, v ktorých jeden lúč prechádza spektrálnym filtrom a druhý prechádza disperzným prvkom. Vzhľadom na frekvenčnú závislosť zapletených fotónov je režim spektrálneho filtrovania mapovaný nelokálne do časovej domény.
Obrázok 1 zobrazuje tento koncept:

Táto metóda môže dosiahnuť flexibilné spektrálne meranie bez priameho manipulácie s nameraným zdrojom svetla.

Stlačené snímanie
Kvantovýmikrovlnný optickýTechnológia tiež poskytuje novú metódu komprimovaného snímania širokopásmových signálov. Vedci s použitím náhodnosti spojeného s kvantovou detekciou preukázali kvantový komprimovaný snímací systém schopný obnoviť10 GHz RFspektrá. Systém moduluje RF signál do stavu polarizácie koherentného fotónu. Detekcia s jedným fotónom potom poskytuje prirodzenú náhodnú meraciu maticu na stlačené snímanie. Týmto spôsobom je možné širokopásmový signál obnoviť pri vzorkovacej rýchlosti Yarnyquist.

Distribúcia kvantových kľúčov
Okrem vylepšovania tradičných mikrovlnných fotonických aplikácií môže kvantová technológia zlepšiť aj kvantové komunikačné systémy, ako je distribúcia kvantových kľúčov (QKD). Vedci demonštrovali subkarrierové multiplexné kvantové kľúčové distribúcie (SCM-QKD) multiplexovaním mikrovlnných fotónov subnierov do systému kvantového distribúcie kľúča (QKD). To umožňuje prenos viacerých nezávislých kvantových kľúčov na jednu vlnovú dĺžku svetla, čím sa zvyšuje spektrálna účinnosť.
Obrázok 2 zobrazuje koncept a experimentálne výsledky systému SCM-QKD s dvoma nosičmi:

Aj keď je technológia kvantovej mikrovlnnej fotoniky sľubná, stále existujú určité výzvy:
1. Obmedzená schopnosť v reálnom čase: Súčasný systém vyžaduje na rekonštrukciu signálu veľa času akumulácie.
2. Obtiažnosti riešenia s prasknutím/jednotlivými signálmi: Štatistická povaha rekonštrukcie obmedzuje jeho uplatniteľnosť na neopakujúce signály.
3. Konvertujte na skutočný mikrovlnný tvar vlny: Na premenu rekonštruovaného histogramu sú potrebné ďalšie kroky na použiteľný tvar vlny.
4. Charakteristiky zariadenia: Je potrebné ďalšie štúdium správania kvantových a mikrovlnných fotonických zariadení v kombinovaných systémoch.
5. Integrácia: Väčšina systémov dnes používa objemné diskrétne komponenty.

Na riešenie týchto výziev a postúpenie poľa sa objavuje množstvo sľubných smerov výskumu:
1. Vypracujte nové metódy na spracovanie signálu v reálnom čase a jedinú detekciu.
2. Preskúmajte nové aplikácie, ktoré využívajú vysokú citlivosť, ako napríklad meranie mikrosféry kvapaliny.
3. Sledujte realizáciu integrovaných fotónov a elektrónov, aby sa zmenila veľkosť a zložitosť.
4. Študujte vylepšenú interakciu svetla v integrovaných kvantových mikrovlnných fotonických obvodoch.
5. Kombinujte kvantovú mikrovlnnú fotónovú technológiu s inými vznikajúcimi kvantovými technológiami.